Interactions induites par des fluctuations entre interfaces molles dans les systèmes complexes – FISICS

Lorsque la taille d'un système est réduite, et devient de l'ordre de grandeur de la longueur de corrélation des fluctuations de densité (ksi), la physique statistique prédit que l’énergie libre du système présente des effets de taille finie. Des manifestations de ces effets sont par exemple l'effet Casimir critique (pour lequel les fluctuations critiques sont modifiées par la présence de parois rigides) ou les corrections de taille finie de la tension de surface prédites par Tolman en 1949 pour des petites gouttes. Pour des nano-systèmes, ces effets de taille finie modifient les propriétés d'interface et des résultats récents ont montré des déviations par rapport aux théories hydrodynamiques classiques à deux fluides, qui sont déterministes et supposent des interfaces infiniment fines. La tension de surface (G) est une quantité cruciale pour bon nombre de phénomènes tels que l'évaporation et la nucléation, ou les instabilités hydrodynamiques à deux fluides. Pour des systèmes nanométriques, les effets de taille finie vont induire des variations de tension de surface et donc modifier le comportement de ces phénomènes hors équilibre. Les effets de taille finie aux interfaces deviennent importants lorsque la taille des objets devient de l'ordre de la longueur thermique Lt = SQRT(kT/G). Pour la plupart des fluides G = kT/a.a, où a est une longueur moléculaire, de sorte que le régime pour lequel les effets de taille finie deviennent importants est difficile à atteindre expérimentalement, particulièrement si l'on souhaite visualiser la dynamique interfaciale. Cependant, au sein d'un mélange binaire quasi-critique dé-mixé, la longueur Lt qui est de l'ordre de quelques ksi, devient importante au fur et à mesure qu'on se rapproche du point critique (ksi diverge au point critique). Cela signifie que les effets de taille finie peuvent maintenant être étudiés sur des objets suffisamment grands pour devenir observables optiquement.
Dans le cadre de ce projet, nous utiliserons des mélanges quasi-critiques comme systèmes modèles au sein desquels les effets des fluctuations, et donc de la taille finie, sont amplifiés. Sera étudiée expérimentalement et théoriquement les effets de taille finie sur l'évaporation et les instabilités hydrodynamiques. Le but est de découvrir de nouvelles manifestations résultant des fluctuations sur des interfaces molles dans des systèmes à deux fluides. L'innovation majeure du projet FISICS, qui combine expérience et théorie, est donc son focus sur les effets de fluctuations dans des systèmes quasi-critiques dé-mixés hors équilibre en présence d'interfaces liquides molles. Instabilités d'interfaces et effets de taille finie sont tous dépendant de la géométrie et un point clé du projet est la possibilité de modifier la forme de ces objets liquides grâce à la pression de radiation optique. Des gouttes sphériques seront produites pour étudier l'évaporation et la dynamique de relaxation vers l'équilibre. De même, la production contrôlée par voie optique d’objets axisymétriques, des ligaments et des jets, permettra d'analyser l’instabilité et la brisure de ces structures. Par analogie, les résultats de notre projet devraient donc ouvrir de nouvelles perspectives tournées vers la nanofluidique en suggérant de nouveaux mécanismes tant pour la brisure de nanojets et la production de nano-gouttes, qu'en théorie de la nucléation.